3D打印热潮的主流应用桌面级应用兴起

3D打印热潮的主流应用桌面级应用兴起20世纪90年代中期，中国进入快速成型设备使用的第一个高潮，一些大型电子设备厂商、汽车厂商开始“尝鲜”。华中理工大学也于1996年成立自己的快速成型企业—武汉滨湖，采用的是与隆源同样的激光烧结工艺(SLS)。1998年，隆源账面上只剩34万元现金，要养活14个人，母公司隆源实业要求其迁往他址。此时，国家资助天津、西安、宁波、武汉、深圳五个城市成立以快速成型技术为主的生产力促进中心，试图发挥先进技术的服务作用。这次天津服务中心的承办方天津大学内燃机研究所选择了隆源，之后宁波方面也向隆源下了订单。此后，隆源业绩略见好转。进入21世纪，国家将快速成型制造列入高职教育的培养方案，拉开了教育界对这类设备的采购热潮，殷华、滨湖等企业获得了成长空间。但由于隆源将产品定位于百万级的工业设备，却在这波市场发展中收获甚微，这也暴露隆源产品单一、研发不足的问题。2001年前后，隆源每年可销售十一二台设备，年收入1000多万元。在冯涛看来，隆源不赚钱的原因比较复杂，但一个主要原因在于，“因为国内的商业环境，这东西价格被拉下来了。”隆源在一些公开招标中，经常遇到高校背景的同行，而“他总是比我便宜”。其中原因也很容易理解，高校企业很容易获得从中央到地方的各项政策支持，如科研资金、土地使用等，这些是市场化程度较高的隆源无法获得的。“他们可以很容易地从政府拿到几百万元各种项目的基金，而对我们来说这个难度就要大很多”，冯涛说。在隆源40人的团队构成中仅有七八个人负责研发。而据滨湖公司董事长、华中科技大学快速制造中心主任史玉升教授介绍，华科这边有数十人的科研团队可以为滨湖提供技术支持。校办化特色鲜明，给中国3D产业发展带来的影响还不仅于此。曾在美国3D?Systems公司任技术总监的许小曙，2009年年底回国创立湖南华曙，从事3D打印开发。他曾经这样评价中美3D打印产业表现出来的差异：“我们那时候搞3D，一个项目出来，一定要有经济效益，所以在选题各方面非常谨慎。国内依托于高校形成的公司有一个缺点，很多东西都尝试过，但是没有最后形成一个真正能够商业化、产生效益的结果，最后可能就是做了一台样机，发表一篇文章，得了一个什么奖，然后就停在那里，没有往下走的东西了。我觉得这非常不好。”也因此，并不是所有校办企业都能发展好。于是，2003年，殷华的几个管理者创办了他们自己的公司—太尔时代，最初以生产十万到五十万元的工业级设备为主。虽然美国主要3D打印企业3D?Systems和Stratasys，已经在达斯达克上市多年。但据评估，目前，全球3D打印市场一年的市场总量不过20亿美元，而国内只有不到2亿元人民币。北极光副总裁黄河在3D打印领域“一直在看，但是没有看到比较合适的标的”，他说，主要原因在于，“没有规模化的市场，还应该等一等”。快速成型技术主要有三类应用：一是制造原型件验证设计;二是“打印”蜡模、砂型间接参与铸造;三是生产功能件直接使用。3D打印可以加快新产品的研发，并解决传统方法无法加工的难题。史玉升说，“从开发的角度讲，如果你用传统方法，开模具甚至就是几百万，时间周期长，开一个汽车发动机的缸盖可能就是半年左右，打印机的话只需半个月。”就生产功能件而言，目前有了两个领域：一个是高端制作，如对可靠性要求高、形状复杂的飞机部件，以北航、西北工大的产学研项目为代表;另一个领域是各种医疗应用，目前，清华等大学正在尝试这方面的应用拓展。此外，还有部分用于个性化生产。直接生产功能件是当前美国兴起的这股3D打印热潮的主流应用，而国内仍以第一类应用为主。“国外有40%-50%的产品是直接做终端产品样机，而国内基本上还是在功能性测试、研发阶段来用这个技术。”许小曙说。3D打印市场的大小和中国的产业结构密切相关，国家向原创型、技术开发型转变，需求就多，搞代工就不需要。即便是用于模具加工，3D打印同样面临着竞争性技术。2003年，数控手板开始在中国兴起，手板是在开模具之前根据设计图纸制作的样板，早期用手工加工，精度差、费时，但数控机床大规模推广后，手板加工也迎来了革新，而3D打印出原型虽然快，但成本高、材质受限，综合优势较手板不再明显，因此受到很大冲击。之前国家支持的五家生产力促进中心或关闭或转型，最后只剩天津一家。冯涛的应对之策是将原本的塑料件成型服务调整为快速铸造，以生产铸造时用的蜡模、砂芯为主(用以形成铸件内部结构)。隆源的这项业务很受用户青睐，据称解决了一些铸造中长久未解的难题，还拿到不少军工订单。另外，在机器价格无法与高校系企业竞争的情况下，“做服务可以回避掉这个问题”。这也是中国较为独特的应用模式。美国铸造业早已外流，而中国则是个铸造业大国，也因为此，3DSystems和另一家3D打印厂家德国EOS的高管都曾经到隆源参观，寻求合作的可能性。冯涛表示，隆源的转型一是受手板的冲击，二是没有自主耗材无法提高机器附加值，同时也担心企业发展受耗材进口的制约，“3DSystems和EOS主要赚钱是靠材料”。无锡飞而康需要的金属粉末从国外进口，受出口管制，每次只能进20公斤。事实上，不独材料，大多数国内3D打印企业的核心器件都来自进口。冯涛告诉记者，其售价100多万元的设备需要进口的有10万元的激光器、近两万元的控制电路、20万元的光学振镜，公司每年还要向欧洲一家公司支付十几万元软件服务费。快速成型领域有多种工艺需要使用激光器，记者采访到的隆源、滨湖、华曙等企业所用的激光器均为进口。史玉升表示进口激光器所花的费用平均会占设备总成本的1/3。只有北京航空航天大学的王华明教授表示他所用的激光器不需要进口，“做选择性激光烧结用的激光器虽然很小，但是它的光学质量要求比较高，所以现在都是从国外进口的”。许小曙创业之初便强调设备和耗材同等重要，并自主研发了尼龙材料，华曙今年的销售额不到2000万元，其中有一半来自这种耗材的销售，据称他的材料在国际上比同类产品便宜20%—30%。在耗材制约国内产业发展的同时，得益于ABS工程塑料的国产化，近两年来桌面级(万元以内)快速成型设备在中国兴起。随着FDM技术专利过期并逐渐开源，更多科技型企业家投身到这个行业，广东拓斯达科技股份有限公司研发的桌面级机器采用熔融层积成型技术(FDM)，将丝状材料融化后逐层喷涂成型。公司董事长吴丰礼表示，虽然有开源技术，但其桌面级产品应用了很多自主技术，特别是软件方面均为自主开发，怎么把模型分成层片怎么规划路径软件是来控制这个过程的，是核心和灵魂。在吴丰礼看来，3D打印技术无处不在、无中生有、无可比拟，将来会替代传统制造业，引领第三次工业革命。